二氧化碳分离和捕获装置及控制二氧化碳分离和捕获装置的操作的方法与流程

本发明公开的内容涉及从燃烧废气捕获二氧化碳的二氧化碳分离和捕获装置。

背景技术：

世界上正越来越多地排出导致全球变暖的二氧化碳。二氧化碳的主要来源是来自燃烧化石燃料的热电厂的废气，并且来自热电厂的二氧化碳占世界上所有二氧化碳排出的约25％。

近年来，作为抑制二氧化碳的排出的一个有效手段，对用于捕获并储存包含在废气中的二氧化碳气体的二氧化碳捕获和储存技术给予了特别关注。作为所述技术的示例，已经考虑了二氧化碳分离和捕获装置，其使得吸收液吸收包含在从热电厂排出的燃烧废气中的二氧化碳气体或包含在来自焚化厂或高炉车间的废气中的二氧化碳气体、从废气分离二氧化碳气体并且捕获二氧化碳气体。

例如，二氧化碳分离和捕获装置包括吸收器和汽提器。吸收器配置为使得吸收液吸收包含在供应的废气中的二氧化碳气体并生成富液。汽提器配置为使得从吸收器供应的富液释放二氧化碳气体并生成贫液。由汽提器生成的贫液被供应到吸收器，并且由贫液生成富液。安装在吸收器和汽提器之间的热交换器配置为导致要从吸收器供应到汽提器的富液和要从汽提器供应到吸收器的贫液之间的热交换。供应到汽提器的富液被由再沸器生成的蒸汽加热并且然后释放二氧化碳气体。从富液释放的二氧化碳气体从汽提器排出。以这种方式，如日本专利特开2013-208531号公报公开的，二氧化碳分离和捕获装置从废气分离二氧化碳气体并且捕获二氧化碳。

然而，供应到吸收器的燃烧废气可能包含酸性组分，例如氧化氮或氧化硫。这些酸性组分可积累在吸收液中，并且吸收液中酸性组分的浓度可能增加。由于这些酸性组分的积累，吸收液趋于变得衰竭。

技术实现要素：

因此，本发明的实施例提供二氧化碳分离和捕获装置及高效地减少酸性组分在吸收液中的积累的控制二氧化碳分离和捕获装置的操作的方法。

根据本发明公开的一个方面，二氧化碳分离和捕获装置包括配置为使得吸收液吸收包含在工艺气体中的二氧化碳气体的吸收器、配置为使得来自吸收器的吸收液释放二氧化碳气体的汽提器、配置为测量供应到吸收器的工艺气体中的酸性组分的浓度的入口浓度计、配置为测量从吸收器排出的工艺气体中的酸性组分的浓度的出口浓度计、配置为将补充吸收液供应到主单元的补充吸收液供应单元以及配置为基于在入口浓度计和出口浓度计处测量的酸性组分的浓度控制由补充吸收液供应单元供应到主单元的补充吸收液的量的控制器。

应当要理解，如所申明，前面的一般描述和下面的具体描述都是示例性并且仅是示例性的而不限制实施例。

附图说明

结合在说明书中并且组成说明书一部分的附图示意了实施例，并且连同对其的描述一起，用于解释实施例的原理。

图1是二氧化碳分离和捕获装置的示意图。

图2是二氧化碳分离和捕获装置的控制器的功能视图。

具体实施方式

现在将具体参考本发明实施例，本发明实施例的示例示意于附图中。在任何可能的情况下，相同的参考标号将在前后附图中指代相同或相似的部件。

如图1所示，二氧化碳分离和捕获装置1具有分离并捕获包括在工艺气体2中的二氧化碳气体的主单元1a。

主单元1a包括配置为使得吸收液吸收包含在工艺气体2中的二氧化碳气体的吸收器20和配置为使得从吸收器20供应的吸收液释放二氧化碳气体并再生吸收液的汽提器21。吸收液在吸收器20和汽提器21之间循环。

例如，包含二氧化碳气体的工艺气体2从外部部件(安装在二氧化碳分离和捕获装置1外部)(例如热电厂的沸器(未示出))排出并且通过鼓风机22被供应到吸收器20。另外，贫液3(包含相对小量的吸收在其中的二氧化碳气体的吸收液)从汽提器21被供应到吸收器20。吸收器20使得工艺气体2接触贫液3、使得贫液3吸收包含在工艺气体2中的二氧化碳气体并生成富液4(包含相对大量的吸收在其中的二氧化碳气体的吸收液)。

吸收器20可配置为逆流气液接触设备。在这种情况下，吸收器20包括填充层20a。当工艺气体2被供应到吸收器20的下部并且贫液3被供应到吸收器20的上部时，从上部向下流动的贫液3和从下部向上流动的工艺气体2在填充层20a中相互接触。生成的富液4从吸收器20的下部排出。接触贫液3的工艺气体2释放二氧化碳气体并且作为脱二氧化碳气体5从吸收器20的上部排出。

供应到吸收器20的工艺气体2的类型不限于从沸器排出的燃烧废气或工艺废气。来自焚化厂或高炉车间的工艺废气可为工艺气体2。此外，在需要时，工艺气体2可在经历冷却工艺之后被供应到吸收器20。另外，例如，诸如单乙醇胺(mea)或二乙醇胺(dea)的胺水溶液可用作吸收液。

热交换器23安装在吸收器20和汽提器21之间。热交换器23和吸收器20通过第一富液管线l1连接。富液泵24安装在吸收器20和热交换器23之间，在第一富液管线l1处。从吸收器20排出的富液4被富液泵24通过热交换器23供应到再生能力装置21。热交换器23导致要从吸收器20供应到汽提器21的富液4和要从汽提器21供应到吸收器20的贫液3之间的热交换。富液4通过热交换被加热到预定温度，而同时贫液3充当加热源。在这种情况下，充当冷却源的富液4将贫液3冷却到预定温度。

热交换器23和汽提器21通过第二富液管线l2连接。被热交换器23加热的富液4经由第二富液管线l2被供应到吸收器21。

蒸汽6从再沸器25(稍后进行描述)被供应到再生能力装置21。汽提器21使得供应的富液4接触蒸汽6、使得吸收在富液4中的二氧化碳气体从富液4被释放并且再生贫液3。

汽提器21可配置为逆流气液接触设备。在这种情况下，汽提器21包括填充层21a。当富液4被供应到汽提器21的上部并且蒸汽6从再沸器25被供应到汽提器21的下部时，从上部向下流动的富液4和从下部向上流动的蒸汽6在填充层21a中相互接触。生成的贫液3从汽提器21的下部排出。已经与富液4接触过的蒸汽7包含二氧化碳气体并且从汽提器21的上部排出。

图1示意的二氧化碳分离和捕获装置1进一步包括气体冷却器26和气液分离器27。气体冷却器26冷却并凝结从汽提器21的上部排出并且包含二氧化碳气体的蒸汽7，并生成凝结的水。气液分离器27分离凝结的水和二氧化碳气体8。诸如冷水的冷却介质从外部设备被供应到气体冷却器26，并且包含二氧化碳气体的蒸汽7被冷却介质冷却。在这个时候，蒸汽7被分离成二氧化碳气体8和凝结的水9。被气液分离器27分离的二氧化碳气体8被压缩并储存在外部装置(未示出)中。被气液分离器27分离的凝结的水9被供应到汽提器21并且与吸收液混合。

前面提及的再沸器25连接到汽提器21。再沸器25利用供应的加热介质10来加热从汽提器21供应的贫液3并且将蒸汽6供应到汽提器21。从汽提器21的下部排出的贫液3的一部分被供应到再沸器25。例如，高温蒸汽作为加热介质10从外部源(例如涡轮(未示出))被供应到再沸器25。供应到再沸器25的贫液3在与加热介质10热交换之后被加热。从而由贫液3生成蒸汽6。特别地，在再沸器25中，通过高温蒸汽的热量而由贫液3生成蒸汽6。生成的蒸汽6被供应到汽提器21的下部。

汽提器21和热交换器23通过第一贫液管线l3连接，并且贫液3经由第一贫液管线l3从汽提器21被供应到热交换器23。在第一贫液管线l3处，提供贫液泵28。从汽提器21排出的贫液3经由热交换器23被贫液泵28供应到吸收器20。热交换器通过从吸收器20供应到汽提器21的富液4和从汽提器21供应到吸收器20的贫液3之间的热交换而冷却贫液3。

热交换器23和吸收器20通过第二贫液管线l4连接，并且被热交换器23冷却的贫液3经由第二贫液管线l4被供应到吸收器20。在第二贫液管线l4处，可提供贫液冷却器29。诸如冷却水的外部冷却介质被供应到贫液冷却器29，并且贫液冷却器29进一步将被热交换器23冷却的贫液3冷却到限定温度。

被贫液冷却器29冷却的贫液3被供应到吸收器20、再次接触在与贫液3相反的方向上流动的废气并且吸收包含在工艺气体2中的二氧化碳气体，从而变成富液4。在二氧化碳分离和捕获装置1中，吸收液进行循环，同时重复地进行转换以充当贫液3和富液4。

在实施例中，如图1所示，二氧化碳分离和捕获装置1进一步包括入口浓度计30和出口浓度计31。入口浓度计30测量供应到吸收器20的工艺气体2中酸性组分的浓度。出口浓度计31测量从吸收器20排出的脱二氧化碳气体5中酸性组分的浓度。在入口浓度计30和出口浓度计31处酸性组分的测量的浓度作为信号被发送到控制器60(稍后进行说明)。如图1所示，入口浓度计30提供在鼓风机22和吸收器20之间的部分处，但是入口浓度计30可以提供在另一位置处。

在实施例中，如图1所示，二氧化碳分离和捕获装置1进一步包括入口流量计32和出口流量计33。入口流量计32测量供应到吸收器20的工艺气体2的流量。出口流量计33测量从吸收器20排出的脱二氧化碳气体5的流量。在入口流量计32和出口流量计33处的工艺气体2的测量的流量作为信号被发送到控制器60(稍后进行说明)。如图1所示，例如，入口流量计32提供在鼓风机22和入口浓度计30之间的部分处。

如图1所示，二氧化碳分离和捕获装置1进一步包括补充吸收液供应单元40和吸收液排出单元50。补充吸收液供应单元40将吸收液供应到主单元1a，而吸收液排出单元50将吸收液从主单元1a排出。

补充吸收液供应单元40可包括储存补充吸收液11的供应槽41和控制从供应槽41供应到主单元1a的补充吸收液11的量的供应球管42。供应槽41优选储存新鲜吸收液作为补充吸收液11。因此，通过供应补充吸收液11，容易减少贫液3和富液4中酸性组分的浓度。当补充吸收液11被供应到主单元1a时供应球管42被打开，而当不供应补充吸收液11时供应球管42被关闭。

补充吸收液供应单元40优选将补充吸收液11供应到吸收器20和第一富液管线l1中的至少一者。在该实施例中，补充吸收液供应单元40将补充吸收液11供应到吸收器20。因此，供应槽41通过供应管线43连接到吸收器20。供应球管42提供在供应管线43处。

特别地，供应管线43优选连接到吸收器20的下部。通过该部件，补充吸收液11被供应到吸收器20的下部，并且补充吸收液11被包括到储存在吸收器20的下部的富液4中。因此，抑制了富液4液位的变化，并且提高了液位计(提供在吸收器20的下部处，未示出)的测量准确度。

在供应管线43处，还可提供供应泵44。供应泵44将补充吸收液11从供应槽41供应到吸收器20。

吸收液排出单元50可包括排出管线51和排出球管52。排出管线51将吸收液作为被排出液12从主单元1a排出。并且，排出球管52提供在排出管线51处，并且在吸收液被排出时打开而在不排出吸收液时关闭。

吸收液排出单元50优选将吸收液从吸收液的温度较低的位置(例如吸收器20和第一富液管线l1)排出。在该实施例中，吸收液排出单元50将吸收液从富液泵24和热交换器23之间的部分排出。因此，排出管线51连接到富液泵24和热交换器23之间、在第一富液管线l1处的部分。通过这些布置，通过利用富液泵24的动力，富液4可作为被排出液12被排出。

补充吸收液供应单元40和吸收液排出单元50由控制器60控制。

控制器60基于在入口浓度计30和出口浓度计31处测量的酸性组分的浓度控制供应到主单元1a的补充吸收液11的量。

如图2所示，控制器60包括积累计算器61、存储器62和设备操作器63。

控制器60至少包括处理器(例如中央处理单元(cpu))和存储器62。根据本发明的实施例，控制器60配置为控制二氧化碳分离的某些功能并监测和减少酸性组分在吸收液中的积累。

在该情形中，用于执行由控制器60执行的各种类型的工艺的计算机程序(下文称为“程序”)被提供为被预先包含在rom、储存器62或其他存储装置中。程序可被提供为被纪录在计算机可读存储介质(例如光盘只读存储器(cd-rom)、软盘(fd)、只读光盘(cd-r)或数字通用盘(dvd))上。另外，程序可通过被存储在连接到网络(例如互联网)的计算机并且经由网络下载而被提供或分布。例如，程序可被构造有包括积累计算器61和设备操作器63的模块。作为实际的硬件，控制器60的cpu配置为读取并执行程序，从而实现积累计算器61和设备操作器63的功能模块，如下所述。

积累计算器61通过利用工艺气体2中酸性组分的浓度和工艺气体2的流量来计算包括在工艺气体2中的酸性组分的量。积累计算器61通过利用脱二氧化碳气体5中酸性组分的浓度和脱二氧化碳气体5的流量来计算包括在脱二氧化碳气体5中的酸性组分的量。积累计算器61进一步通过利用包括在工艺气体2中酸性组分的量和包括在脱二氧化碳气体5中酸性组分的量之间的差来计算包括在富液4中的酸性组分的量。最后，积累计算器61进一步通过在限定时段上对包括在富液4中的酸性组分的量进行积分来计算包括在富液4中的酸性组分的积累量。

存储器62存储关于包括在富液4中的酸性组分的积累量和补充吸收液11的供应量之间的关系的信息。特别地，在包括在富液4中的酸性组分的积累的量达到限定值时限定补充吸收液11的供应量。此处，补充吸收液11的供应量可被限定为贫液3和富液4的整体量的一部分。换言之，补充吸收液11的供应量可被设置为等于或小于贫液3和富液4的整体量。

设备操作器63通过操作补充吸收液供应单元40的供应球管42和供应泵44来供应补充吸收液11。设备操作器63通过利用在积累计算器61处计算的酸性组分的积累量和存储在存储器61中的酸性组分的积累的量和补充吸收液11的供应量之间的限定关系来调整补充吸收液11的供应量。

例如，当酸性组分的计算的积累量达到限定值时，设备操作器63向供应球管42和供应泵44发送信号以使得供应球管42打开并且供应泵44进行操作。通过该工艺，补充吸收液11从补充吸收液供应单元40被供应到吸收器20。为了供应限定量的补充吸收液11，供应球管42被打开持续限定时段。

设备操作器63通过操作排出球管52来排出吸收液。设备操作器63基于补充吸收液11的供应量来调整被排出液12的量。例如，设备操作器63向排出球管52发送信号以使得富液4从第一富液管线l1被排出。通过打开排出球管52持续限定时段来调整被排出的富液4的量。

被排出液12的量优选设置为与供应到吸收器20的补充吸收液11的量相同。通过该工艺，在供应补充吸收液11之前和之后，主单元1a中吸收液的整体量没有变化。然而，只要高效地减少酸性组分的浓度，被排出液12的量就不限于与供应的补充吸收液11的量相同。

设备操作器63可在任何时机供应补充吸收液11和排出被排出液12。例如，可在排出富液4之后供应补充吸收液11。在这种情况下，包含高浓度酸性组分的富液4可在供应补充吸收液11之前被排出，并且高效地减少了主单元1a中贫液3和富液4中的酸性组分。

在二氧化碳分离和捕获装置1的操作工艺中，工艺气体2中酸性组分的浓度和供应到吸收器20的工艺气体2的流量和脱二氧化碳气体5中酸性组分的浓度以及从吸收器20排出的脱二氧化碳气体5的流量被顺序地测量。基于包括在富液4中的酸性组分的积累量来将补充吸收液11供应到主单元1a。

积累计算器61通过利用工艺气体2中酸性组分的浓度和工艺气体2的流量来计算包括在工艺气体2中的酸性组分的量。积累计算器61通过利用脱二氧化碳气体5中酸性组分的浓度和脱二氧化碳气体5的流量来计算包括在脱二氧化碳气体5中的酸性组分的量。积累计算器61进一步通过利用包括在工艺气体2中酸性组分的量和包括在脱二氧化碳气体5中酸性组分的量之间的差来计算包括在富液4中的酸性组分的量。最后，积累计算器61进一步通过在限定时段上对包括在富液4中的酸性组分的量进行积分来计算包括在富液4中的酸性组分的积累量。

当富液4中酸性组分的积累量达到限定值时，富液4作为被排出液12从主单元1a被排出。在此之后，供应槽41中的补充吸收液11被供应到主单元1a。

当排出富液4时，排出球管52被打开持续限定时段。通过这样做，富液4作为被排出液12从第一富液管线l1被排出。当富液4的排出量达到存储在存储器62处的限定值时，排出球管52被关闭。可以调整排出球管52被打开的时段以使得排出的富液4的量与供应的补充吸收液11的量相同。

在通过关闭排出球管52完成排出富液4之后，补充吸收液供应单元40的供应球管42通过设备操作器63被打开，并且供应槽41中的补充吸收液11被供应到主单元1a。当补充吸收液11的供应量达到限定值时，供应球管42被关闭。调整供应球管42打开的时段以使得补充吸收液11的供应量达到存储在存储器62中的限定值。通过这些工艺，补充吸收液11的供应的量与被排出液12的量相同，并且减少了主单元1a中贫液3和富液4中的酸性组分的量。

此处，可以根据工厂状况(例如调整电力、改变发电负荷或改变操作热电厂中沸器的方式)来改变工艺气体2中酸性组分的浓度。通过改变工艺气体2中酸性组分的浓度，也改变了酸性组分的积累浓度。

在该实施例中，富液4中酸性组分的积累量被自动且顺序地计算。这样，即使在工艺气体2中酸性组分的浓度频繁变化的情况下，富液4中积累的酸性组分的量也被准确地测量，并且提高了供应到主单元1a的补充吸收液11的供应量的准确度。

在该实施例中，基于工艺气体2和脱二氧化碳气体5中酸性组分的浓度和工艺气体2和脱二氧化碳气体5的流量来将补充吸收液11供应到主单元1a。通过该工艺，准确地监测富液4中酸性组分的量。因此，富液4中酸性组分的积累量被准确地计算，并且基于富液4中酸性组分的积累量来将补充吸收液11供应到主单元1a。通过该工艺，高效地减少了主单元1a中贫液3和富液4中的酸性组分。结果，抑制了主单元1a中吸收液的劣化，并且也抑制了碳捕获性能的降低。

在该实施例中，通过供应球管42来调整补充吸收液11的供应量。通过该布置，容易调整补充吸收液11的供应量。

在该实施例中，包含大量酸性组分的富液4通过排放单元50被排出。通过该布置，包含大量酸性组分的富液4从主单元1a被排出，并且高效地减少了主单元1a中贫液3和富液4中的酸性组分。另外，容易通过排出球管52来控制富液4的排出量。

在该实施例中，富液4从在富液泵24和热交换器23之间、在第一富液管线l1处的部分被排出。在该部分处吸收液的温度低于在二氧化碳分离和捕获装置1中其他部分的温度。结果，易于操纵(例如运送、储存)被排出液12，并且抑制了主单元1a热效率的降低。另外，富液4借助富液泵24的动力被排出，并且不需要排出富液4的外部动力源。

在上面说明了补充吸收液11被供应到吸收器20的情况。不同于该布置，可将补充吸收液11供应到第一富液管线l1。在这种情况下，通过将补充吸收液11供应到第一富液管线l1的低温部分，与第一富液管线l1的另一部分相比，抑制了主单元1a热效率的降低。另外，只要抑制了主单元1a热效率的降低，就可将补充吸收液11供应到主单元1a的其他部分，例如热交换器23或汽提器21和交换器23之间的部分。

在该实施例中，在富液4从主单元4a排出后将补充吸收液11供应到主单元1a。不同于该情况，只要高效地减少酸性组分的浓度，就可以在任何时机供应补充吸收液11和排出富液4。

在该实施例中，吸收液排出单元50从主单元1a排出吸收液。不同于该情况，只要高效地减少酸性组分的浓度并且贫液3和富液4的总量不超过限定值，就无需排出吸收液。